Bagaimana entropi bergantung pada lokasi dan skala?


14

The entropi dari suatu distribusi kontinu dengan fungsi densitas f didefinisikan sebagai negatif dari harapan log⁡(f), dan karena itu sama

Hf=−∫−∞∞log⁡(f(x))f(x)dx.

Kami juga mengatakan bahwa setiap variabel acak X yang distribusinya memiliki kerapatan f memiliki entropi Hf. (Integral ini didefinisikan dengan baik bahkan ketika f memiliki nol, karena log⁡(f(x))f(x) dapat dianggap sama dengan nol pada nilai tersebut.)

Ketika X dan Y adalah variabel acak yang Y=X+μ ( μ adalah konstan), Y dikatakan sebagai versi X digeser oleh μ. Demikian pula, ketika Y=Xσ ( σ adalah konstanta positif), Y dikatakan sebagai versi X diskalakan oleh σ.Menggabungkan skala dengan shift memberi Y=Xσ+μ.

Hubungan ini sering terjadi. Misalnya, mengubah unit pengukuran X bergeser dan skala itu.

Bagaimana entropi Y=Xσ+μ terkait dengan X?

Jawaban:


17

Karena elemen probabilitas X adalah f(x)dx, perubahan variabel y=xσ+μ sama dengan x=(y−μ)/σ, dari mana

f(x)dx=f(y−μσ)d(y−μσ)=1σf(y−μσ)dy

maka densitas Y adalah

fY(y)=1σf(y−μσ).

Akibatnya entropi Y adalah

H(Y)=−∫−∞∞log⁡(1σf(y−μσ))1σf(y−μσ)dy

yang, setelah mengubah variabel kembali ke x=(y−μ)/σ, menghasilkan

H(Y)=−∫−∞∞log⁡(1σf(x))f(x)dx=−∫−∞∞(log⁡(1σ)+log⁡(f(x)))f(x)dx=log⁡(σ)∫−∞∞f(x)dx−∫−∞∞log⁡(f(x))f(x)dx=log⁡(σ)+Hf.

Perhitungan ini digunakan sifat dasar logaritma, linearitas integrasi, dan fakta bahwa f(x)dx terintegrasi untuk persatuan (Hukum Jumlah Probabilitas).

Kesimpulannya adalah

Entropi Y=Xσ+μ adalah entropi X plus log⁡(σ).

Dalam kata-kata, menggeser variabel acak tidak mengubah entropinya (kita mungkin menganggap entropi sebagai tergantung pada nilai-nilai kepadatan probabilitas, tetapi tidak pada di mana nilai-nilai itu terjadi), sambil menskalakan variabel (yang, untuk σ≥1 " meregangkan "atau" mengolesi "itu keluar) meningkatkan entropinya dengan log⁡(σ). Ini mendukung intuisi bahwa distribusi entropi tinggi "lebih tersebar" daripada distribusi entropi rendah.


μσ(μ,σ)μ=0σ=1.

log⁡(f(x))=−12log⁡(2π)−x2/2,

dari mana

H=−E[−12log⁡(2π)−X2/2]=12log⁡(2π)+12.

(μ,σ)log⁡σ

H=12log⁡(2π)+12+log⁡(σ)=12log⁡(2πeσ2)

seperti dilansir Wikipedia .

Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.